Topic description
Le projet vise à développer un capteur quantique basé sur des états quantiques arbitraires du mouvement, avec pour objectif ultime de sonder les effets gravitationnels. L'un des effets que nous cherchons à détecter est la décohérence gravitationnelle. De telles mesures pourraient fournir des informations cruciales pour discriminer ou valider certaines théories tentant d'unifier la gravité et la mécanique quantique.
L'aspect innovant réside dans l'utilisation d'un qubit fluxonium (intrinsèquement très sensible au flux magnétique) couplé à un nanofil supraconducteur suspendu. Le mouvement mécanique du fil module le flux magnétique traversant la boucle du fluxonium, permettant d'atteindre des taux de couplage très élevés, sans compromettre la sensibilité aux effets gravitationnels. Cette approche exploite le fonctionnement basse fréquence (domaine MHz) et les longs temps de cohérence (jusqu'à la milliseconde) du fluxonium pour préparer et sonder des états quantiques macroscopiques arbitraires du mouvement, tels que les états 'chat de Schrödinger'.
Le projet a déjà commencé avec la caractérisation de qubits fluxonium intégrés dans une cavité micro-ondes 3D en cuivre, en présence d'un champ magnétique externe. Une partie de la boucle du fluxonium sera ensuite libérée pour former un oscillateur mécanique avec un mode fondamental commençant à 1 MHz, et pouvant descendre jusqu'au domaine des kHz. Un aimant vectoriel supraconducteur 3D permettra d'aligner le champ magnétique externe pour maximiser le couplage tout en préservant la cohérence du qubit.
Les résultats attendus incluent :
La préparation d'états quantiques arbitraires dans l'oscillateur mécanique.
Le développement de protocoles de contrôle quantique pour des capteurs basse fréquence.
La mesure de la décohérence gravitationnelle.
Ces avancées auront des applications plus larges dans la détection quantique, les circuits radiofréquence et l'informatique quantique avec des qubits fluxonium.
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The project aims to develop a quantum sensor based on arbitrary quantum states of motion, with the ultimate goal of probing gravitational effects. One of the effects we seek to detect is gravitational decoherence. Such measurements could provide crucial insights for discriminating between or validating certain theories that attempt to unify gravity and quantum mechanics.
The innovative aspect lies in the use of a fluxonium qubit (intrinsically highly sensitive to magnetic flux) coupled to a suspended superconducting nanowire. The mechanical motion of the wire modulates the magnetic flux threading the fluxonium loop, enabling very high coupling rates without compromising sensitivity to gravitational effects. This approach takes advantage of the low-frequency operation (MHz range) and long coherence times (up to the millisecond range) of the fluxonium qubit to prepare and probe arbitrary macroscopic quantum states of motion, such as Schrödinger cat states.
The project has already started with the characterization of fluxonium qubits integrated into a 3D copper microwave cavity in the presence of an external magnetic field. Part of the fluxonium loop will then be released to form a mechanical oscillator with a fundamental mode starting at 1 MHz and potentially extending down to the kHz range. A 3D superconducting vector magnet will allow alignment of the external magnetic field in order to maximize the coupling while preserving qubit coherence.
The expected outcomes include:
Preparation of arbitrary quantum states in the mechanical oscillator
Development of quantum control protocols for low-frequency sensors
Measurement of gravitational decoherence
These advances will have broader applications in quantum sensing, radio-frequency circuits, and quantum computing with fluxonium qubits.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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